БІЛОРУСЬКИЙДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
В«теплове випромінюванняВ»
Мінськ, 2008
ЗМІСТ
1.Теплове випромінювання
2.Закони випромінювання абсолютно чорного тіла
3.Поняття про оптичну пірометрії
1. Теплове випромінювання
Нагрітітіла випромінюють електромагнітні хвилі. Це випромінювання здійснюється за рахунокперетворення енергії теплового руху частинок тіла в енергію випромінювання.
Електромагнітневипромінювання тіла, що знаходиться в стані термодинамічної рівноваги,називають тепловим (температурним) випромінюванням. Іноді під тепловим випромінюваннямрозуміють не тільки рівноважне, але також і нерівноважний випромінювання тіл,обумовлене їх нагріванням.
Такерівноважне випромінювання здійснюється, наприклад, якщо випромінююче тіло знаходитьсявсередині замкнутої порожнини з непрозорими стінками, температура яких дорівнюєтемпературі тіла.
Втеплоізольованої системі тіл, що знаходяться при одній і тій же температурі,теплообмін між тілами шляхом випускання і поглинання теплового випромінювання неможе призвести до порушення термодинамічної рівноваги системи, так як цесуперечило б, другому початку термодинаміки.
Томудля теплового випромінювання тіл має виконуватися правило Прево: якщо два тіла приоднієї і тієї ж температурі поглинають різні кількості енергії, то і їх тепловевипромінювання при цій температурі має бути різним.
випромінювальних(Випромінювальної) здатністю або спектральною щільністю енергетичноїсвітності тіла називають величину Еn, т, чисельно рівну поверхневій щільності потужності тепловоговипромінювання тіла і інтервалі частот одиничної ширини:
де dW - енергії теплового випромінювання з одиниці площі поверхнітіла за одиницю часу в інтервалі частот від v до v + dr.
випромінювальнихздатність Еn, т, єспектральною характеристикою теплового випромінювання тіла. Вона залежить від частоти v, абсолютної температури Т тіла, а такожвід його матеріалу, форми і стану поверхні. В системі СІ Еn, т, вимірюється в Дж/м2.
Поглинальною здатністю абомонохроматичним коефіцієнтом поглинання тіла називають величину Аn, т, що показує, яка частка енергії dWпад, що доставляється за одиницю часуна одиницю площі поверхні тіла падаючими на неї електромагнітними хвилямиз частотами від v до v + dv, поглинається тілом:
Аn, т - величина безрозмірна. Воназалежить, крім частоти випромінювання і температури тіла, від його матеріалу, форми істану поверхні.
Тілоназивається абсолютно чорним, якщо воно при будь-якій температурі повністю поглинаєвсі падаючі на нього електромагнітні повні: Аn, т черн = 1.
Реальнітіла не є абсолютно чорними, проте деякі з них по оптичнимвластивостями близькі до абсолютно чорного тіла (сажа, платинова чернь, чорнийоксамит в області видимого світла мають Аn, т, що мало відрізняються від одиниці)
Тілоназивають сірим, якщо його поглинальна здатність однакова для всіх частот n і залежить тільки від температури,матеріалу і стану поверхні тіла
Міжвипромінювальної Еn, т іпоглощательной Аn, тздібностями будь-якого непрозорого тіла існує співвідношення (закон Кіргофа вдиференціальній формі):
Для довільної частоти ітемператури відношення випромінювальної здатності тіла до його поглинальноїздатності однаково для всіх тіл і дорівнює випромінювальної здатності en, т абсолютно чорного тіла, яка єфункцією тільки частоти і температури (функція Кірхгофа Еn, т = Аn, тen, т = 0).
Інтегральнавипромінювальна здатність (енергетична світність) тіла:
являє собоюповерхневу щільність потужності теплового випромінювання тіла, тобто енергіювипромінювання всіх можливих частот, що випускається з одиниці поверхні тіла заодиницю часу.
Інтегральнавипромінювальна здатність eТ абсолютно чорного тіла:
2. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла
Законивипромінювання абсолютно чорного тіла встановлюють залежність eТ і en, Т від частоти і температури.
Закон Cmeфана - Бол'цмапа:
ВеличинаПѓ-універсальна постійна Стефана-Больцмана, рівна 5,67 -10-8вт/м2 * град4.
Розподіленергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла, тобто залежність en, Т, від частоти при різнихтемпературах, має вигляд, зображений на малюнку:
ЗаконВина:
де с - швидкість світла увакуумі, af (v/T) - універсальна функція відносиничастоти випромінювання абсолютно чорного тіла до його температури.
Частотавипромінювання nмакс,відповідна максимальному значенню випромінювальної здатності en, Т абсолютно чорного тіла, згіднозакону Вина дорівнює
де b1 - постійна величина, що залежить від виду функції f (n/T).
Законзміщення Buнa: частота, відповідна максимальному значенню випромінювальноїздатності en, Т абсолютночорного тіла, прямо пропорційна його абсолютній температурі.
Зенергетичної точки зору чорне випромінювання еквівалентно випромінюванню системинескінченно великого числа не взаємодіючих гармонійних осциляторів,званих радіаційними осциляторами. Якщо Оµ (ОЅ) - середня енергія радіаційногоосцилятора з власною частотою ОЅ, то
ОЅ = і
Згіднокласичного закону про рівномірний розподіл енергії за ступенями свободиОµ (ОЅ) = kT, де k постійна Больцмана, і
Цеспіввідношення називають формулою Релея-Джинса. В області великих частот вонапризводить до різкого розбіжності з досвідом, що носить назву В«ультра-Фіолетовоїкатастрофи: en, Т монотоннозростає з ростом частоти, не маючи максимуму, а інтегральнавипромінювальної здатності абсолютно чорного тіла звертається в нескінченність.
Причинавищевказаних труднощів, що виникли при відшуканні виду функції Кірхгофа en, Т, пов'язана з одним з основнихположень класичної фізики, згідно з яким енергія будь-якої системи можезмінюватися безперервно, тобто може приймати будь як завгодно близькі значення.
Заквантової теорії Планка енергія радіаційного осцилятора з власноїчастотою v може приймати лише певнідискретні (квантовані) значення, що відрізняються на ціле число елементарнихпорцій - квантів енергії:
h = б ,625-10-34дж * сек - постійна Планка (квант дії). У відповідності з цим випромінювання іпоглинання енергії частками випромінюючого тіла (атомами, молекулами або іонами),обмінюються енергією з радіаційними осциляторами, має відбуватися, небезперервно, а дискретно - окремими порціями (квантами).
3. Поняття про оптичну пірометрії
ОптичноїПірометри називається сукупність методів вимірювання високих температур, заснованихна використанні залежності між температурою і випромінювальноїздатністю (інтегральної і спектральної) для досліджуваного тіла. Застосовуванідля цієї мети прилади називають пірометрами випромінювання.
Врадіаційні пірометри реєструється інтегральне випромінювання досліджуваногонагрітого тіла, а в оптичних пірометрів - його...
